膜曝气生物膜反应器（Membrane-Aerated Biofilm Reactor, MABR）以其独特的“无泡曝气”和“逆向扩散”机制，在复杂生物膜体系中，可实现微尺度电子分布和局部氧化还原梯度调控，有利于多功能菌群的共存与协作，在污水处理的深度脱氮方面具有巨大潜力。本技术创新性地构建了双效复合MABR反应器，优化了内膜的抗污染特性，以及外膜的生物负载量，解决了MABR膜的透气性与生物量之间的矛盾。

本技术以MABR复合膜组件为核心反应载体，利用异化还原作用定向合成铵态氮，为厌氧氨氧化菌（AnAOB）提供充足底物，构建异化还原合成铵-厌氧氨氧化协同脱氮体系，强化MABR膜生物膜内的微生物菌群互作，避免了传统一体化PN/A副产物NO3--N积累问题，实现污水中氮素的高效、深度去除，突破了低C/N比污水下的无外加碳源的高效脱氮，总氮去除效率高达98%，为MABR技术的在低碳氮比污水的高效脱氮方面提供了全新技术思路。

MABR零碳水处理技术（MABR技术）

基于MABR技术的Anammox耦合DNRA工艺脱氮效果图以及其氮转移通路解析

案例1：山西某污水处理厂好氧颗粒污泥极速成粒技术原位改造项目

在山西某污水处理厂好氧颗粒污泥极速成粒技术原位改造项目中，整个反应系统内始终维持污泥浓度（MLSS）稳定于3900 mg/L的水平；造粒促进剂的投加量严格按照0.4‰的比例进行添加。经过4小时的培养，可观测到污泥的SV30指标由初始的74%显著降至29%；持续加药8小时后，反应体系中开始出现形态清晰、结构稳定的污泥颗粒。

所形成的颗粒污泥粒径范围主要集中于0.2 mm至1 mm之间，该区间的颗粒约占总颗粒污泥的85%。此类小粒径颗粒污泥不仅展现出优良的沉降性能，使其在沉淀过程中能够迅速分离，而且因其较小的尺寸，大幅降低了流化过程所需的能耗。此外，该类颗粒污泥有助于实现高效的同步硝化反硝化作用，进而提高污水处理系统的脱氮效能。

基于侧流培养系统中已验证有效的促进剂投加策略，进一步将该方法应用于原厂生化池中进行原位补充培养。持续投加48小时后，可明显观察到污泥发生颗粒化转变，其中粒径介于0.45毫米至1毫米之间的颗粒占比达25.6%，粒径大于0.2毫米的颗粒总和高达54.6%。在污泥浓度维持在12 g/L的条件下，其SV5沉降比仅为39%，SV30沉降比降至25%，这一结果显著改善了原厂污泥沉降性能欠佳的问题。本工艺的成功实施，为AGS - Rapid技术在现有污水处理厂的原位改造与性能提升提供了一套创新且可行的技术方案。

应用案例

山西某污水处理厂好氧颗粒污泥极速成粒技术原位改造效果图

针对现有污水处理工艺存在的技术壁垒，传统硝化反硝化工艺碳源需求量大、厌氧氨氧化工艺控制难等，本技术开展了基于直接氨氧化的新型污水极限深度脱氮处理技术开的，可以好氧条件下实现将氨氮转化为氮气，处理过程中没有硝酸盐和亚硝酸盐的产生，从而实现污水的深度脱氮（在水利停留时间为8h的情况下，出水总氮可以稳定在3.59 mg/L以下）。

目前已经从污水处理厂成功分离了产碱杆菌属g_Alcilgenes，并且在污泥中该菌种的相对丰度随着粉末载体投加量的增加而提高，如图4A所示。通过全基因组测序证明了该菌种具有完整的直接氨氧化基因（dnfABC），可实现从氨氮到羟胺再到氮气的直接转化（图4B和C），相较于传统硝化反硝化脱氮工艺，该直接氨氧化工艺可以在不补充碳源的情况下，节省67.5%的曝气能耗。将富集培养后的产碱杆菌复合菌液（TJ20菌液）通过侧流投加的方式补充至主流AAO反应器中，发现总氮（TN）去除性能显著降低并最终稳定在3.59 mg/L（图4D）；并且与对照组（不加TJ20菌液）相比，硝酸盐积累量显著降低（图1E和F ），是导致直接氨氧化工艺具有较好脱氮性能的原因。但是该菌液投加至主流反应器后与土著微生物群落的生存竞争性不足，难以维持优势菌种的稳定性，并且定向富集的产碱杆菌属微生物絮体易随着出水流失，从而阻碍了该工艺在实际应用和推广。

直接氨氧化技术

产碱杆菌属g_Alcilgenes菌属相对丰度与复合粉末载体投加量的关系（A）；

 产碱杆菌属g_Alcilgenes菌属的全基因测序图谱（B）及其氮代谢过程（C）；

富集培养后的产碱杆菌属复合菌液（TJ20菌液）在主流系统中的脱氮能力（D）；

对照组（E，不加TJ20复合菌液）与实验组（F，补充TJ20 复合菌液）的全过程的氮转化途径。

本技术通过与好氧颗粒污泥极速成粒技术的耦合，向生化单元中投加一定浓度的造粒试剂，污泥的快速颗粒化周期可以缩短至2 d，系统的脱氮性能可以同步提升40%以上。因此，将直接氨氧化工艺与快速好氧颗粒污泥技术耦合可以原位实现污水处理厂的极限深度脱氮，解决污水处理行业乃至绿色低碳循环经济的关键技术问题，填补国内外相关领域的技术空白，助力污水处理行业绿色低碳可持续发展。

本技术通过向污泥体系中添加特制助剂，利用助剂的表面活性与架桥作用，诱导污泥胶体颗粒快速凝聚并形成结构稳定的颗粒污泥。结合创新的侧流造粒工艺，将部分回流污泥引入独立造粒反应器，在助剂作用下完成颗粒化后返回主系统，强化污泥整体沉降性能（SV30显著降低）。

助剂通过物理吸附而非化学反应参与颗粒形成，可通过简单分离实现循环利用，大幅降低运行成本。相较于传统颗粒污泥形成需数周甚至数月的周期，本技术成粒时间缩短至48小时，从根本上解决了颗粒污泥培养周期长、稳定性差的问题，同时通过颗粒污泥的微环境梯度，实现同步硝化反硝化，提升脱氮除磷效率。

本技术在中试规模下展现出显著的技术指标先进性：48小时内污泥颗粒化率可达85%，污泥沉降性能（SV30）由传统活性污泥的95%降至23%，沉降速度提升3倍以上，有效解决污泥膨胀难题；通过助剂配方优化与循环利用技术，污泥颗粒化成本较批次造粒方法降低75%；目前已在30000 m/d规模的市政污水处理厂成功应用，连续运行6个月，颗粒污泥稳定性良好，出水总氮、总磷浓度稳定优于GB 18918-2002一级A标准，具备大规模推广条件。

好氧颗粒污泥极速成粒技术（AGS技术）

好氧污泥极速成粒技术原理图